王滿 王鐵權(quán)

1.沈陽市電子研究所安全防范技術(shù)工程部 110036 2.東北大學 110819

基于移動通訊模塊的室溫監(jiān)測系統(tǒng)的研究

王滿1王鐵權(quán)2

1.沈陽市電子研究所安全防范技術(shù)工程部 110036 2.東北大學 110819

隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，移動通信技術(shù)以其成熟性、穩(wěn)定性、及時性，越來越多的被應用于工程應用系統(tǒng)中。本文介紹如何以移動通訊模塊為基礎，通過移動網(wǎng)絡，對于供暖用戶的室內(nèi)溫度進行遠程監(jiān)測，把實時溫度數(shù)據(jù)傳送到供暖控制中心，可與熱源、熱網(wǎng)及換熱站控制系統(tǒng)結(jié)合，真正實現(xiàn)熱網(wǎng)的自動按需供熱。

移動通訊模塊T C35 i;移動通訊網(wǎng)絡;溫度傳感器;單片機控制;短信息

mobile telecommunication module TC35i；mobile telecommunication network；temperature sensor；MCU control；SMS

1、引言

近些年來，供暖部門不斷加大對用戶的服務保障力度，使供暖用戶的室溫都能達到一個很高的標準。但是為了避免不必要的能源浪費，這種基于移動通訊模塊TC35i的室溫監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，它可以通過前端的溫度傳感器，把供暖用戶的室內(nèi)溫度實時、分時的傳到供暖部門的控制中心，使其有針對性的進行熱力調(diào)度[1]。

2、系統(tǒng)工作原理及組成結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理:

本系統(tǒng)通過前端溫度傳感器，采集室內(nèi)溫度，然后通過單片機對數(shù)據(jù)進行處理后，寫入移動通訊模塊TC35i中，移動通信模塊TC35i再通過AT 命令和移動通訊網(wǎng)絡的短消息中心以短消息的形式與供暖調(diào)度中心進行通信。調(diào)度中心在收到前端用戶的室內(nèi)溫度信息后，進行熱力調(diào)配。其中工作模式可為每天自動定時向供暖調(diào)度中心上傳當前溫度和歷史溫度，或可由調(diào)度中心隨時呼叫室內(nèi)溫度采集器進行即時溫度上傳。

2.2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖:

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

通過前端溫度傳感器DSl8B20采集供暖用戶的室溫，單片機進行數(shù)據(jù)編譯，并傳送給通訊模塊TC35i，通過GSM網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳送。接收端可以通過TC35i進行數(shù)據(jù)接收，也可直接傳送到調(diào)度人員手機中。

3、各主要部件及電路設計說明

3.1 移動通訊模塊TC35i

現(xiàn)在，隨著移動網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的遠程數(shù)據(jù)通訊設備基于移動通訊模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有Wavecome的WM02系列、西門子的TC35 i系列、CENTEL PIML的2D系列等。其中以西門子的TC35以其極高的性價比和穩(wěn)定性，應用于許多工程系統(tǒng)中[2]。

本設計選用的是西門子TC35系列的TC35i。這是西門子推出的最新的無線模塊，功能上與TC35完全兼容，TC35i與GSM2/2+兼容、雙(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。其外圍設計連接電路簡圖見圖2。

TC35i模塊工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHZ和l800MHZ兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1W(1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測等功能。

常用的工作模式由省電模式、IDLE、TALK等模式。TC35i主要由GSM基帶處理器、GSM無線模塊、電源模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口6部分組成，共有40個引腳，通過一個ZIF (Zero Insertion Force)連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分，其中1～5為電源電壓輸入端Vbatt+，6～10為電源地GND，11、12充電引腳，13對外輸出電壓(供外電路使用)，14為ACCU—TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻；24～29分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND 為SIM 卡引腳；33～40為語音接口用來接電話手柄；15、30、31和32腳為控制部分；15為點火線IGT；16～23位數(shù)據(jù)輸入／輸出[3]。

3.2 單線數(shù)字溫度傳感器 DSl8B20

DSl8B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范為55℃～+125℃?？删幊虨?位～12位A／D轉(zhuǎn)換精度，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；溫度檢測電路原理圖見圖2所示， DSl8B20采用外接電源方式，其VDD端采用3 V～5.5 V電源供電。

3.3 可編程只讀存儲器AT24C01A

AT24C01提供電可擦除的串行1024位存儲或可編程只讀存儲器(EEPROM)128字(8位/字)。AT24C01的封裝為8腳PDIP，通過2線制串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸，雙向數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。4字頁寫方式，寫同步時鐘(最大10ms)。工作電壓為2.7V至5.5V。

3.4 時鐘芯片DS1302

DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.5～5.5V。采用三線接口與CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302 是DS1202 的升級產(chǎn)品，與DS1202 兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。

3.5 大電流低壓差穩(wěn)壓器MIC29302BU

由于通訊模塊工作電壓典型值為3.8 V，而單片機工作電壓典型值為5 V，兩個芯片工作電壓不一致，因此需要將5 V電源電壓轉(zhuǎn)換為3.8 V。在本電路設計中，選用MICREL公司的MIC29302BU芯片。此芯片具有高電流、高精度、快速的瞬態(tài)響應等特點，同時對過流、輸入極反向、反插引腳、高溫狀態(tài)具有保護功能。

3.6 單片機SM89516A及外圍電路設計說明

SM89516A一款內(nèi)嵌64K字節(jié)閃存和1K字節(jié)片上RAM的8位單片微控制器。它是80C51微控制器家族的派生產(chǎn)品。SM89516A的PDIP封裝具有32個I/O口PLCC/QFP 封裝則具有多達36個I/O口，而且片上多達64K字節(jié)的閃存，既可以當作程序空間，又可以當作數(shù)據(jù)空間，或者數(shù)據(jù)和程序混合空間。由于這些硬件特征和強大的指令系統(tǒng)，使得它成為一種性價比很高的控制器。片上閃存可以使用商用編程器通過并口進行編程。

本系統(tǒng)以SM89516A為控制主體，首先通過溫度傳感器DS18B20采集到前端用戶的實時溫度，傳給單片機I/O口P1.4一個數(shù)字溫度信號。然后所有的溫度信息通過外部存儲器AT24C01A進行存儲。SM89516A的I/O口P1.5給TC35i15腳IGT一個大于100 ms的低電平,使模塊啟動。當調(diào)度中心向SIM卡電路發(fā)來短信信息時，TC35i通過17管腳RINGO向SM89516A的P3.3/#INT1口發(fā)送一個外部中斷信號。此時，SM89516A通過P3.0/RXD口和P3.1/TXD口與TC35i的18腳RXDO和19腳TXDO進行數(shù)據(jù)通訊，最后通過TC35i向調(diào)度中心發(fā)送當前前端用戶的實時溫度[4]。

圖1 系統(tǒng)控制方框圖

圖2 外圍電路簡圖

圖3 程序設計流程圖

SM89516A的P0.2和P0.3口作為地址/數(shù)據(jù)復用總線，與AT24C01A的SCL和S D A腳進行數(shù)據(jù)及程序的存儲；SM89516A的P0.2和P0.3口與DS1302的SCLK、I/O、CE腳進行串口通信，組成實時時鐘/日歷電路，提供秒、分、時、日、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作。

4、程序設計

系統(tǒng)程序設計的功能主要有系統(tǒng)的初始化、用戶溫室環(huán)境參數(shù)實時采集和溫室環(huán)境信息的SMS消息發(fā)送，用戶SMS消息的接收及刪除。其流程如圖3所示。

系統(tǒng)的初始化工作包括定時器的設置、波特率的設置、TC35i模塊的初始化等。TC35i模塊的初始化包括模塊的開啟，SIM卡PIN碼的檢測，短消息發(fā)送和接收的方式。

室溫參數(shù)實時采集內(nèi)容包括:正常狀態(tài)下，單片機在規(guī)定的時間內(nèi)采集環(huán)境信息并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；一旦發(fā)生串口中斷時，單片機讀取TC35i中的短信息內(nèi)容，對其進行解碼，采集相關的信息。

溫室環(huán)境信息的SMS消息發(fā)送和用戶SMS消息的接收及刪除:只要正確設置，系統(tǒng)就能接收用戶的指令。一旦接收到短信息時，TC35i就會給單片機一個中斷，程序會讀取SIM卡內(nèi)存中0～19位置的短消息，讀取短消息的AT指令就是AT+CMGR=，index值為0～19，成功讀取到消息后，判斷短信中是否包含指定的字符，如果沒有包含指定字符，程序?qū)⑼顺鲋袛喾?。如果程序包含指定信息，則提取出短消息發(fā)送者的號碼，用AT指令AT+CMGS=139××××××××進行發(fā)送號碼設置，用于發(fā)送短消息。由于是使用Text模式發(fā)送短消息，所以直接將采集到的環(huán)境信息發(fā)送給串口就可以了。發(fā)送短消息后，要將包含指定字符的那條短消息刪除，避免下一次循環(huán)檢測中被檢測到，造成誤發(fā)[5]。刪除短消息的AT指令是AT+CMGR:，index值為0～19。

5、結(jié)束語

本系統(tǒng)使用移動通訊網(wǎng)路作為遠程通信的實現(xiàn)技術(shù)，降低了架設通信線路的高額成本，具有運行費用低廉，性價比高的特點。并可結(jié)合不同的控制系統(tǒng)創(chuàng)造出更智能的應用。該模塊及文中提出的外圍電路設計已經(jīng)在供暖系統(tǒng)中得到了實際的應用，取得了非常好的效果,真正實現(xiàn)熱網(wǎng)的自動按需供熱。

[1]潘斌，郭紅霞.短信收發(fā)模塊T C35 i的外圍電路設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用.2004(7)36-37.

[2]李棟梁，馬洪連，李文成.基于S M S的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].儀器儀表學報.2006(z1)55-56.

[3]S ie m e n s T C35技術(shù)手冊.

[4]戴梅萼.微型計算機技術(shù)及應用（第二版）[M].清華大學出版社.

[5]林凌,李剛,丁茹等.新型單片機接口器件與技術(shù)[M].西安電子科技大學出版社.2005.

Study On The Indoor Temperature Monitor System Based On Mobile Telecommunication Module

WANG Man1WANG Tie-quan2
1. Security and protection system engineering department of Shenyang electronic research institute, Shenyang 110036, Liaoning, China
2. Northeastern University, Shenyang 110819, Liaoning, China

With the rapid development of the information technology , the mobile telecommunication technology is widely applied in engineering projects for its maturity , stability and timeliness. The article introduces how to carry out supervisory control to the consumer’s indoor temperature based on mobile telecommunication module. Real time temperature data is collected, transferred to the control centre and compared with the heat source data. Realizing to supply heat according with indoor temperature.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.18.048